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Cargar los sistemas de transporte como bloques de construcción potenciales para futuros dispositivos nanoelectrónicos

23 de junio de 2021

(Noticias de NanwerkLa humanidad ha estado utilizando pinturas durante más de 40.000 años para transmitir mensajes y preservar el patrimonio cultural. Si bien los tintes que se utilizaron inicialmente eran productos naturales, los avances tecnológicos han dado acceso a colorantes sintéticos como los tintes azoicos que han revolucionado el uso de los colores en la vida cotidiana.

Si bien la investigación sobre los sistemas de transferencia de carga intermolecular (CT) ha producido una gran cantidad de colorantes funcionales para diversas aplicaciones electrónicas (ópticas), la formación de complejos CT intermoleculares individuales se ha utilizado para preparar varios sistemas supramoleculares en solución o masa. Etapa. texto La colorida materia orgánica ha fascinado a los científicos durante más de 200 años. El color de la materia orgánica generalmente surge de interacciones luz-materia que involucran transiciones electrónicas como la transferencia de carga (CT) dentro o entre moléculas orgánicas. Investigaciones recientes han demostrado que, además de ser colorantes, los materiales de CT orgánicos se pueden utilizar en muchas otras aplicaciones, como la fotovoltaica o los dispositivos luminiscentes. Para ayudar en este desarrollo y estudiar la formación y las aplicaciones de los sistemas de transporte de carga supramoleculares prospectivos, Andreas Roach exploró varias vías para desarrollar sistemas de modelos potenciales. (Foto: TU Eindhoven)

reacción de materia ligera

Hoy en día, el color de la molécula de tinte se puede distinguir con técnicas analíticas como la espectroscopía ultravioleta visible (UV / Vis). En combinación con la determinación de la estructura química y la teoría química cuántica, se han estudiado cuantitativamente las relaciones estructura-propiedad de los colorantes orgánicos.

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La absorción de luz en el sistema visual es una interacción importante con el material óptico que se utiliza a menudo para crear colores visibles a simple vista. Esta propiedad se encuentra a menudo en materiales que exhiben transferencia de carga entre las grietas donantes ricas en electrones (D) y pobres en electrones (A).

Dependiendo de la composición química de los compuestos en cuestión, la CT puede tener lugar intramolecular (ICT), es decir, dentro de una sola molécula, o intramolecular, es decir, entre dos moléculas separadas. Un ejemplo notable de vehículos que muestran las TIC son los tintes de empujar y tirar. Debido a su accesibilidad sintética, propiedades fotofísicas sintonizables y altos coeficientes de extinción, una variedad de estos tintes orgánicos ya se han utilizado comercialmente durante más de un siglo.

Sistemas supermoleculares

Hoy en día, hay una gran cantidad de tintes funcionales disponibles para lograr una variedad de aplicaciones electrónicas (ópticas) como sensores, dispositivos ópticos e iluminación. A diferencia de las TIC, la TC intermolecular se produce cuando se forma una unión estrecha de los restos D y A a partir de dos moléculas diferentes.

Esta aproximación se denomina entonces TC compleja. Un ejemplo particularmente famoso de un compuesto CT se forma cuando el yodo se mezcla con una solución acuosa de almidón y se observa desarrollando un color azul intenso. Aunque esta formación de color ya se informó por primera vez hace más de 200 años, el entrelazamiento estructural del complejo CT en cuestión no se reveló hasta mucho más tarde.

Una vez que se comprenden mejor los requisitos estructurales para formar complejos de CT, los ensamblajes de CT se pueden usar para diseñar sistemas supramoleculares, es decir, para formar estructuras funcionales con tamaños superiores a una molécula.

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Dispositivos electrónicos del futuro

En la tesis presentada, Andreas Rösch tiene como objetivo ampliar el alcance de la preparación y aplicación de los sistemas de transferencia de carga orgánica en el campo de la química supramolecular. En la primera parte de esta tesis, preparó nuevos pigmentos orgánicos en los que las partes ricas en electrones y pobres en electrones están unidas covalentemente. Demuestra que una mezcla de compuestos forma un material semiconductor que no solo transfiere electrones, sino que también polariza el espín del electrón.

Dado que la generación de tal corriente de espín polarizado es de interés potencial para su aplicación en catálisis asimétrica, aplicó las relaciones adquiridas estructura-propiedad en el diseño de un material libre de metales conocido para su aplicación en electrocatálisis.

En la segunda parte de la tesis, decoró las superficies con matrices muy ordenadas de elementos ricos y pobres en electrones. Una de las estructuras construidas contiene pilas de partículas ricas y pobres en electrones, donde la proximidad cercana de los restos D y A indica la formación exitosa de complejos CT en la superficie. demostró por primera vez que una arquitectura de este tipo puede moldearse en un enfoque escalonado y no covalente. Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para el diseño de futuros dispositivos electrónicos con dimensiones a nanoescala.